(57)【要約】【課題】ガソリンや軽油などの燃料を必要とせず、燃料の燃焼を伴わないため、排気ガスの排出や排熱の発生など、環境問題を引き起こすことのないクリーンなエンジンを提供する。【解決手段】基盤の周縁に非磁性体を挟んで永久磁石が取り付けられた回転可能な基盤と、基盤の下方に設置されたシリンダであって、シリンダ内のピストンのピストンヘッド上端部に永久磁石が取り付けられることにより、基盤が回転することで基盤の永久磁石と、ピストンヘッド上端部に取り付けられた永久磁石の二磁極間に働く引力と斥力の断続的な磁力作用により、ピストン運動をクランク機構で回転運動に変換させて動力を得ることを特徴とし、また、基盤の回転軸と、クランク軸とがベルトなどの連動手段で連結されていることにより、基盤の回転とクランク軸の回転とが同期することを特徴するマグネット式エンジン。【選択図】図１
2013050102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体を挟んで永久磁石のＮ極とＳ極とが交互に周縁に取り付けられた回転可能な基盤と、該基盤の下方に位置し、シリンダ内を往復するピストンのピストンヘッド上端部に永久磁石が取り付けられたピストン-クランク機構からなるシリンダ装置と、によって構成され、前記基盤が回転することにより、基盤の周縁に取り付けられた永久磁石と、ピストンヘッド上端部に取り付けられた永久磁石との二磁極間に発生する引力と斥力の断続的な磁力を利用して、ピストンヘッドがシリンダ内で鉛直方向に往復運動し、ピストンヘッドの往復運動に連動してクランク機構によりクランク軸が回転することで、前記クランク軸の軸回転力を駆動源として動力を得ることを特徴とするマグネット式エンジン。
【請求項２】
前記基盤の軸回転力を駆動源として動力を得ることを特徴とする請求項１記載のマグネット式エンジン。
【請求項３】
前記基盤の回転軸と、前記クランク軸とが連動手段で連結されることにより、前記基盤の回転と前記クランク軸との回転とが同期することを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載のマグネット式エンジン。
【請求項４】
ピストン運動を安定、もしくは補助する目的で、必要に応じて図示しないモーターが連動手段を介して、前記基盤１を回転させることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のマグネット式エンジン。
【請求項５】
前記基盤に取り付けられた永久磁石と前記ピストンヘッドの上端部に取り付けられた永久磁石とが斥力のみの磁力作用となるように、いずれにも同極の永久磁石をそれぞれに設けたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のマグネット式エンジン。
【請求項６】
一対の前記基盤と前記ピストン-クランク機構からなるシリンダ装置が、複数対平行に連結されて多気筒式に形成されてなる請求項１から５の何れかに記載のマグネット式エンジン。
【請求項７】
本発明自体が玩具として、もしくは玩具に取り付けられた駆動源となる請求項１から６の何れかに記載のマグネット式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンや軽油、重油、灯油、ガスなどの有限な化石燃料を使用せず、二酸化炭素などの排気ガスの排出や排熱の発生、また騒音などの環境問題を引き起こすことのない永久磁石（マグネット）の特性を利用したピストンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車や船舶などのエンジンは、ガソリンや軽油、重油、ガスなどの有限な化石燃料を利用し、シリンダ内でそれら燃料と空気を混合し、爆発させることにより、ピストンの往復運動を可能にし、動力を得ている。
【０００３】
ガソリンや軽油、重油、灯油、ガスなどの燃料を燃焼させるため、二酸化炭素などの排気ガスの排出や排熱の発生、さらには騒音などが環境問題を引き起こしている。
【０００４】
燃料の燃焼を伴わない電気自動車は、車両価格及び電池交換費用などのランニングコストが高く、充電に時間がかかり、走行距離も短い。
【０００５】
さらに、電気自動車は、バッテリーや電池などに電気を充電するための充電スタンドとなるインフラを全国規模で整備しなければならず、莫大なコストがかかる。
【０００６】
また、電気をつくり出す発電方式としては、原子力発電、太陽光発電、風力発電、火力発電、水力発電などがある。
【０００７】
しかしながら、原子力発電による発電方式は、安全面や使用済み燃料の廃棄による環境汚染への対策が十分ではなく、事故が発生すると人間をはじめあらゆる産業に悪影響を及ぼす。太陽光発電及び風力発電による発電方式は、天候に左右されるため安定した電力を得ることが難しい。さらに、火力発電による発電方式は、有限な化石燃料やガスなどを燃焼させ、二酸化炭素を大量に排出するため、エネルギー資源保護と地球温暖化の観点から問題がある。また、水力発電による発電方式は、発電所建設などによる環境破壊や河川など自然環境への影響が懸念される。そして、原子力発電、太陽光発電、風力発電、火力発電、水力発電による発電方式は、発電所や変電所建設及び維持の為莫大なコストがかかる。
【０００８】
一方、上記問題点を解決するものとして、従来の化石燃料を使用するピストンエンジンに代えて、磁力によりピストンを往復運動させる機構を採用したマグネットエンジンが種々提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２２８９４号公報
【特許文献２】特開平５−３１２１４２号公報
【特許文献３】特開２００２−２７７３４号公報
【特許文献４】特開２００７−７４８０６号公報
【特許文献５】特開２０１１−４３１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に開示されたピストンエンジンは、コイルを用いて電流を流すことにより引力と斥力の動力を得る構造となっており、ピストンの往復運動のためには、常に磁界コイルに強力な電流を流し続けるため非効率であり、また、これらコイルの通電の制御のため、複雑な構造になる恐れがある。
【００１１】
前記特許文献５の構造では、特に永久磁石を備えた円柱の筒の内側の支え台が上昇運動から下降運動に入る瞬間、もしくは下降運動から上昇運動に入る瞬間において、クランク軸が逆回転するか、もしくは円柱の筒の内側の永久磁石と磁石回転体の永久磁石とが引き寄せられた時点で停止してしまう。理論上、電磁石や永久磁石で回転運動などの動力を継続的に得る為には、磁力が作用しない絶縁部（非磁性体部分）を設け、引き合う磁力をなくすことで、慣性を生み出している。具体的には、永久磁石を用いた一般的なＤＣモーターに見られるように、絶縁部（非磁性体部分）を設けたコミュテーター（整流子）とブラシとでもってローターへの電流を一旦切断することで、ローターと永久磁石との間に発生していた引き合う磁力をなくし、これによりローターは慣性でもってスムーズに回転し続ける。この慣性を生かす機構は、ピストンの往復運動を安定、かつスムーズにさせ、クランク軸を同一方向へ安定的に回転させるための最も原則的な機構である。よって、前記特許文献５は、特に永久磁石を備えた円柱の筒の内側の支え台が上昇運動から下降運動へ入る瞬間と、下降運動から上昇運動へ入る瞬間において、円柱の筒の内側の永久磁石と、磁石回転体の永久磁石との間で慣性が働かない機構となっているため、クランク軸の回転する動力を得ることは不可能であり、具現性と実用性に欠ける。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題点を克服し、かつ簡単な構造で、しかも経済的でクリーンなエンジンを供給することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の課題を解決するために本発明のマグネット式エンジンは、非磁性体を挟んで永久磁石ＡのＮ極とＳ極とが交互に周縁に取り付けられた回転可能な基盤と、該記基盤の下方に位置し、上端部に永久磁石Ｂが取り付けられたピストンヘッドと、コネクティングロッドの一端部と前記ピストンヘッドがピストンピンにより回動自在に連結され、前記コネクティングロッドの他端部とクランクアームがクランクピンにより回動自在に連結されたシリンダ装置と、によって構成され、前記基盤が回転することにより、該基盤の周縁に取り付けられた前記永久磁石Ａと、前記ピストンヘッド上端部に取り付けられた前記永久磁石Ｂとの二磁極間に生じる引力と斥力の断続的な磁力を利用して、前記ピストンヘッドがシリンダ内で鉛直方向に往復運動し、該ピストンヘッドの往復運動に連動して前記コネクティングロッドを介してクランク機構によりクランク軸が回転することで、基盤の回転軸、もしくはクランク軸の軸回転を動力源として得ることを特徴とするマグネット式エンジンである。
【００１４】
また、前記基盤の回転軸と、前記クランク軸とが連動手段で連結されていることにより、前記基盤の回転と前記クランク軸の回転とが同期することを特徴とする構造となっている。
【００１５】
さらに、本発明のマグネット式エンジンは、一対の前記基盤と前記シリンダ装置が、複数対並行に連結されて多気筒式に形成することも可能である。多気筒式に形成することによって、ピストンの往復運動が安定するとともに、出力を増大させることができる。
【００１６】
前記基盤に取り付けられた前記永久磁石ＡのＳ極とＮ極との間に非磁性体を設けることにより、ピストンの慣性をいかしたスムーズなピストン運動を可能にすることでクランク軸を同一方向に回転させることができることを特徴とするマグネット式エンジンである。
【００１７】
さらに、本発明のエンジンは、発電機を回すエンジンでもあることを特徴とするマグネット式エンジンでもある。よって、本発明のマグネット式エンジンは、排気ガスを排出せず、車載用エンジンとして、もしくは各家庭や事務所、工場などの施設単位での自家発電を可能にするための発電機を回すエンジンとしても利用可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ガソリンや軽油などの燃料と空気を圧縮し、爆発させる必要がないことから、ピストンとシリンダとにより密閉空間を形成する必要がない。
【００１９】
本発明によれば、ガソリンや軽油などの燃料を必要としないため、燃焼のための各種部品や装置を必要としないシンプルな構造となる。さらに燃料の燃焼に伴う排気ガスの排出や排熱が発生されないため、環境問題を生じない無公害のエンジンである。
【００２０】
本発明によれば、非磁性体を挟んで基盤の周縁にＮ極とＳ極が交互に配置された永久磁石と、ピストンヘッド上端部に取り付けられた永久磁石との二磁極間に発生する引力と斥力の断続的な磁力により、ピストンヘッドがスムーズにシリンダ内を往復運動し、単純な構成でクランク軸を同一方向へ連続的に回転させることが可能となる。
【００２１】
本発明は、車載用エンジンとして、もしくは各家庭や事務所、工場などでの自家発電のための発電機を回すエンジンとしても利用できることから、発電所や変電所の建設及び維持、また送配電の為のインフラ整備に莫大なコストをかける必要がなく、大幅なコスト削減を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】図１の一実施形態を側面方向からみた概略図である。
【図３】本発明の一実施形態を側面方向からみた直列多気筒式の概略図である。
【図４】本発明の一実施形態を上方向からみた水平対向式の概略図である。
【図５】図４を側面方向からみた概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するも、本発明がこれらの説明や手順に限定されるものではない。
【実施例】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係るピストンエンジンを示す概略図である。図２は、図１の一実施形態に係るピストンエンジンを側面方向からみた概略図である。図示の実施形態では、基盤１とシリンダ装置２０が縦方向に配置されているが、必ずしも縦方向に限らず、図１の状態から９０°回転させた横方向あるいは任意の角度に回転させた斜め方向等、その形態は任意である。本実施形態では、説明の便宜上図示のものに基づいて説明する。
【００２５】
基盤１は、図示のように、シリンダ装置２０の上方にその回転軸心がシリンダ４の軸心に対して直交する方向に回転自在に配置され、その周縁にＳ極とＮ極の永久磁石２が非磁性体３を挟んで交互に取り付けられている。なお、非磁性体３は、永久磁石間に例えば面一となるように非磁性材料からなる磁性体を配置してもよく、もしくは永久磁石間を一定の隙間にしてもよい。したがって、特許請求の範囲に記載の非磁性体の用語は、基盤１に特定の非磁性材料からなる非磁性体に限らず、隙間の場合も含むと解するべきである。
【００２６】
シリンダ装置２０は、ピストン-クランク機構を構成するものであり、シリンダ４が基盤１の垂直回転周縁の下方に位置し、その基盤１側の上端は開口または磁力線が透過可能な非磁性体で覆われている。該シリンダ４を上下に往復動するピストンヘッド６の上端部には永久磁石５が取り付けられている。ピストンヘッド６は、コネクティングロッド７の一端部がピストンピン７aを中心として回動自在に連結されている。また、コネクティングロッド７の他端部とクランクアーム１２がクランクピン７ｂに回動自在に連結されている。なお、カウンターウエイト８は、半円形か扇形の形状にすることにより慣性を最大限に生かせる構造とすることが望ましい。
【００２７】
図１は、クランクピン７ｂが時計回りの方向に回転し、ピストンヘッド６が下降途中の状態を示している。このとき、基盤１に取り付けられた永久磁石２と、ピストンヘッド６の上端部に取り付けられた永久磁石５との二極間では反発しあう磁力が作用している。このため、ピストンヘッド６は、反発の作用を受けて下降することになり、クランクピン７ｂが引き下げられる。
【００２８】
基盤１の回転軸とクランク軸９とが連動手段で連結されていることにより、ピストンヘッド６の下降運動に連動して、ピストンヘッド６が下死点に到達する直前でシリンダ４の上方に設けられた基盤１の非磁性体３がシリンダ４の真上に回転し、慣性によりクランクピン７ｂはそのまま時計回りの回転を続け、下死点を過ぎ上死点へ向かう上昇運動に入る。ピストンヘッド６が下死点を過ぎ上死点に向かう上昇運動に連動してシリンダ４の上方に設けられた基盤１が引力の作用をもつ永久磁石２へと回転し、シリンダ４の真上に位置し、上死点までピストンヘッド６を引き上げる。これにより、ピストンヘッド６が上死点まで上昇する。ピストンヘッド６の上昇運動に連動して、ピストンヘッド６が上死点に到達する直前でシリンダ４の上方に設けられた基盤１が回転し、非磁性体３がシリンダ４の真上に位置する。よって慣性によりピストンヘッド６は上死点を過ぎ下死点へ向かう下降運動に入る。ピストンヘッド６が下降運動に入った瞬間にシリンダ４の上方に設けられた基盤１が斥力の作用をもつ永久磁石２へと回転し、ピストンヘッド６の上端部に取り付けられた永久磁石５と反発し、ピストンヘッド６を下死点まで引き下げる。このように基盤に取り付けられた永久磁石と、ピストンヘッド上端部に取り付けられた永久磁石との断続的な磁力作用により、ピストンのスムーズな往復運動を可能にする。
【００２９】
そして、本実施形態では、図２に示すように、前記回転可能な基盤１の回転軸と、クランク軸９とが連動手段（符号１０）で連結されていることにより、基盤１の回転とクランク軸の回転とが同期することを特徴とする構造としている。
【００３０】
前記回転可能な基盤１の回転軸と、クランク軸９との連動手段のベルトの張りを一定に保つためにテンショナーを用いてもよい。
【００３１】
本発明によれば、基盤１の回転力、もしくはクランク軸９により回転運動に変換された回転力を利用して、発電機を回すことも可能である。
【００３２】
マグネット式エンジンが始動していない時には、図示しないモーターが連結ベルトＢ（符号１１）の連動手段を介して、基盤を回転させることにより、初動の動力を得る。
【００３３】
もしくは、基盤１に直接又は間接に連結された図示しないハンドルなどを回して初動の動力を得てもよい。
【００３４】
ピストン運動を安定、もしくは補助する目的で、必要に応じて図示しないモーターが連結ベルトＢ（符号１１）の連動手段を介して、基盤１を回転させてもよい。
【００３５】
図示しないモーターと基盤１とを連結するための連結ベルトＢ（符号１１）の連動手段は、チェーンでもよい。その際、基盤１の回転軸と図示しないモーターの回転軸との連動手段による連結部分は、スプロケットという歯車でチェーンと噛み合う構造となる。なお、チェーンの張りを一定に保つためにチェーンテンショナーと、揺れ防止のためのチェーンガイドを用いてもよい。
【００３６】
図示しないモーターと基盤１とを連結するための連結ベルトＢ（符号１１）の連動手段は、歯車でもよい。その際、基盤１の回転軸と図示しないモーターの回転軸との連動手段による連結部分の形状は、歯車で作用する構造となる。
【００３７】
基盤１の回転軸と、クランク軸９とが同期するための連結ベルトＡ（符号１０）の連動手段は、チェーンでもよい。その際、基盤１の回転軸とクランク軸９の連動手段による連結部分は、スプロケットという歯車でチェーンと噛み合う構造となる。なお、チェーンの張りを一定に保つためにチェーンテンショナーと、揺れ防止のためのチェーンガイドを用いてもよい。
【００３８】
基盤１の回転軸と、クランク軸９とが同期するための連結ベルトＡ（符号１０）の連動手段は、歯車でもよい。その際、基盤１の回転軸とクランク軸９の連動手段による連結部分の形状は、歯車で作用する構造となる。
【００３９】
シリンダ本体は、非磁性体で形成されたものであることが望ましい。
【００４０】
前記基盤に取り付けられた永久磁石Ａ（符号２）とピストンヘッド上端部に取り付けられた永久磁石Ｂ（符号５）とが斥力のみの磁力作用となるようにしてもよい。
【００４１】
ピストンの往復運動をスムーズにするために潤滑油を用いてもよい。
【００４２】
基盤１の周縁に取り付けられた永久磁石Ａ（符号２）の形状は、扇形に弧を描くように曲げられていることが望ましい。
【００４３】
ピストンヘッドの上端部に取り付けられた永久磁石Ｂ（符号５）の形状は、基盤１の周縁に取り付けられた永久磁石Ａ（符号２）の形状に合致するように反扇形（扇形凹型）に曲げられていることが望ましい。
【００４４】
図３は、本発明の他の実施形態に係るマグネット式エンジンであり、本実施形態ではピストンの往復運動を安定させるため、一対の前記基盤と前記シリンダ装置が、複数対平行に連結されて多気筒式構造に形成されている。図３は直列４気筒式の構造となっており、両端のピストンヘッド６は、上死点を過ぎ下降運動に入った瞬間の状態を示している。両端の基盤１に取り付けられた永久磁石２がピストンヘッド６の上端部に取り付けられた永久磁石５に対して斥力の働きをもつ磁力に回転し、シリンダ４の真上に位置する。すると基盤１の永久磁石２とピストンヘッド６の上端部に取り付けられた永久磁石５とが反発し合い、両端のピストンヘッド６が引き下げられ下死点へ向かう。ピストンヘッド６が下死点に到達する直前、ピストンヘッド６の下降運動に連動してシリンダ４の上方の基盤１の非磁性体３がシリンダ４の真上に回転し、ピストンヘッド６は慣性により下死点を過ぎスムーズに上昇運動を行う。
【００４５】
一方、両端のピストンヘッド６が下死点に到達する直前、クランク機構により、真ん中二つのピストンヘッド６は上死点に到達する直前となる。真ん中二つのピストンヘッド６の上昇運動に連動して、真ん中二つの基盤１の非磁性体３がシリンダ４の真上に回転し、ピストンヘッド６の上昇運動から下降運動へのスムーズな動きを可能にする。真ん中二つのピストンヘッド６が上死点から下降運動に入った瞬間、ピストンヘッド６の運動に連動して真ん中二つの基盤１が斥力の作用をもつ永久磁石２へと回転し、ピストンヘッド６の上端部に取り付けられた永久磁石５と反発し、真ん中二つのピストンヘッド６が引き下げられ下死点へ向かう。結果的に、真ん中二つのピストンヘッド６の下降運動はクランク機構を介して、両端のピストンヘッド６が上死点へ向かう慣性力と、基盤１の永久磁石２とピストンヘッド６の上端部に取り付けられた永久磁石５との引力の磁力とを補助する形となる。このように、多気筒式にすることにより、特に下死点から上死点へ向かう運動を他の機構が斥力でもって補助する形でピストンの往復運動を安定、かつスムーズにさせることができる。このように基盤に取り付けられた永久磁石と、ピストンヘッド上端部に取り付けられた永久磁石との間に生じる断続的な磁力作用により、ピストンの往復運動を可能する。また基盤の回転軸とクランク軸とがベルトなどの連動手段で連結されていることにより、基盤の回転とクランク軸の回転とが同期することを特徴とする。
【００４６】
ピストン運動を安定させるため、図４のように水平対向構造にしてもよい。図５は、図４を側面からみた概略図である。本構造においても、特に下死点から上死点へ向かう運動を、もう一方のピストンが補助する機構となる。左側の基盤１の永久磁石２と、ピストンヘッド６の上端部に取り付けられた永久磁石５とが反発し、左側のピストンヘッド６が引き下げられる。ピストンヘッド６が下死点へ到達する直前では、右側のピストンヘッド６が上死点へ到達する直前となり、それぞれの基盤１の非磁性体３がピストンヘッド６の運動に連動してシリンダ４の真上に位置する。そして、慣性により、左側のピストンヘッド６は下死点を過ぎ上昇運動に入り、同時に右側のピストンヘッド６は上死点を過ぎ下降運動に入る。右側のピストンヘッド６が下降運動に入った瞬間、ピストンヘッド６の運動と基盤の回転との連動により、右側の基盤１が斥力の作用をもつ永久磁石２へと回転し、ピストンヘッド６の上端部に取り付けられた永久磁石５とが、同極同士で反発し、右側のピストンヘッド６が引き下げられる。結果として、右側のピストンヘッド６が左側のピストンヘッド６の上死点へ向かう上昇運動をサポートする形で補助している。このように基盤に取り付けられた永久磁石と、ピストンヘッド上端部に取り付けられた永久磁石との間に生じる断続的な磁力作用により、ピストンのスムーズな往復運動を可能にする。また基盤の回転とクランク軸とがベルトなどの連動手段で連結されていることにより、基盤の回転軸とクランク軸の回転とが同期することを特徴とする。
【００４７】
このような構成からなる装置によって発生させた回転力をエンジン（駆動源）として利用できる。
【００４８】
なお、本発明自体が玩具として、もしくは玩具に取り付けられた駆動源としても利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係るピストンエンジンによれば、石油や軽油、重油、灯油、ガスなどの燃料を必要としないため、経済的、かつ環境問題を引き起こすことがない。よって、本発明に係るピストンエンジンは、特に自動車や船舶などのエンジン、又は、自動車や船舶などのバッテリーや電池へ電気を供給する発電の為のエンジン、または各家庭や事務所、工場等における自家発電の為の発電機を回すエンジン、さらには原子力発電や太陽光発電、風力発電、火力発電、水力発電に代わる発電の為のエンジンとして有効である。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・基盤
２・・・永久磁石Ａ
３・・・非磁性体
４・・・シリンダ
５・・・永久磁石Ｂ
６・・・ピストンヘッド
７・・・コネクティングロッド
７ａ・・・ピストンピン
７ｂ・・・クランクピン
８・・・カウンターウエイト
９・・・クランク軸
１０・・・連結ベルトＡ
１１・・・連結ベルトＢ
１２・・・クランクアーム
２０・・・シリンダ装置
【図１】
2013050102.tif 000003
【図２】
2013050102.tif 000004
【図３】
2013050102.tif 000005
【図４】
2013050102.tif 000006
【図５】
2013050102.tif 000007